Вперше дослідники створили симуляції, які безпосередньо відтворюють повний життєвий цикл деяких з найбільших скупчень галактик, що спостерігалися у далекому Всесвіті 11 мільярдів років тому

Про це розповідають у Токійському університеті.

Космологічні симуляції мають вирішальне значення для визначення того, як Всесвіт набув тієї форми, яку він має сьогодні. Але багато з них, як правило, не відповідають тому, що астрономи спостерігають через телескопи. Більшість з них розроблені так, щоб відповідати реальному Всесвіту лише у статистичному сенсі. З іншого боку, обмежені космологічні симуляції призначені для прямого відтворення структур, які ми спостерігаємо. Однак більшість поточних симуляцій такого роду застосовувалися для нашого локального Всесвіту, тобто поблизу Землі, але ніколи для спостережень далекого Всесвіту.

Група дослідників під керівництвом наукового співробітника та першого автора проєкту Метіна Ата й асистента професора проєкту Кхі-Ган Лі з Інституту фізики та математики Всесвіту імені Кавлі зацікавилася далекими структурами, такими як масивні протокластери галактик, які є предками сучасних галактичних скупчень до того, як вони змогли зібратися під дією своєї гравітації. Дослідники виявили, що поточні дослідження далеких протокластерів іноді були занадто спрощеними, тобто проводилися за допомогою простих моделей, а не симуляцій.

"Ми хотіли спробувати розробити повну симуляцію реального далекого Всесвіту, щоб побачити, як зароджувалися структури та чим вони закінчилися", - каже Ата.

Їхнім результатом стало COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field - Обмежені симуляції космічного поля).

Лі сказав, що розробка симуляції була схожа на створення машини часу. Оскільки світло з далекого Всесвіту досягає Землі лише зараз, галактики, які телескопи спостерігають сьогодні, є знімком минулого.

"Це все одно, що знайти стару чорно-білу фотографію свого дідуся та створити відеозапис його життя", - сказав він.

У цьому сенсі дослідники зробили знімки "молодих" дідуся та бабусі галактик у Всесвіті, а потім перемотали їх вік уперед, щоб вивчити, як формуються скупчення галактик.

Світло від галактик, які використовували дослідники, пролетіло відстань у 11 мільярдів світлових років, щоб досягти нас.

Найскладнішим було врахувати великомасштабне оточення.

"Це те, що дуже важливо для долі цих структур, незалежно від того, ізольовані вони чи пов'язані з більшою структурою. Якщо не враховувати навколишнє середовище, то ви отрамаєте зовсім інші відповіді. Ми змогли послідовно врахувати великомасштабне середовище, тому що у нас є повна симуляція, і тому наш прогноз є більш стабільним", - сказав Ата.

Іншою важливою причиною, чому дослідники створили ці симуляції, була перевірка стандартної моделі космології, яка використовується для опису фізики Всесвіту. Передбачивши остаточну масу та остаточний розподіл структур у даному просторі, дослідники могли б виявити раніше не виявлені невідповідності у нашому поточному розумінні Всесвіту.

Використовуючи свої симуляції дослідники змогли знайти докази існування трьох вже опублікованих галактичних протокластерів та спростувати одну структуру. Крім того, вони змогли визначити ще п'ять структур, які послідовно формувалися у їхніх симуляціях. До них входить протосуперкластер Гіперіон, найбільший та ранніший протосуперкластер, відомий на сьогоднішній день, який у 5 000 разів перевищує масу нашої галактики Чумацький Шлях, який, як з'ясували дослідники, розпадеться у велику нитку довжиною 300 мільйонів світлових років.

Їхня робота вже застосовується в інших проєктах, включаючи вивчення космологічного середовища галактик, ліній поглинання далеких квазарів та ін.

Подробиці дослідження були опубліковані у журналі Nature Astronomy 2 червня.